文档介绍：目录
一、设计任务 2
题目 2
任务 2
二、总体方案的确定 3
机械传动部件的选择 3
控制系统的设计 3
三、机械传动部件的计算与选型 5
5
7
13
13
四、机身装配图的绘制 16
五、工作台控制系统的设计 17
控制系统电路设计 17
程序流程图设计 18
六、步进电动机电源的选用 19
七、设计总结 20
八、参考文献 21
一设计任务
题目
PLC控制机械手机身回转圆柱齿轮重载传动机构设计
任务
设计机械手机身,主要参数如下:

重复定位精度0
±
工作台尺寸395mm×350mm×326mm
工作台最快转动速度5r/min
二总体结构设计
机械手机身以其高自动化、高效率、高精度在现代工业生产中占据极其重要的地位⋯。多数加工中心都配有机械手。因此,如何使工作台平稳、可靠地运动就成为一个十分重要的问题。机身是直接连接、支承和传动手臂及行走机构部件。一般情况下,实现臂部的升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。臂部的运动愈多,机身的结构和受力愈复杂。机身既可以是固定式的,也可以是行走式的,即在它的下部装有能行走的机构,可沿地面或架空轨道运行。本设计中机身采用固定式的。
本设计中,机身可作360。齿轮传动装置是转矩、转速和转向的变换器。采用齿轮传递装置的主要目的:一是降速,将伺服电动机的高速、小转矩输出变成克服负载所需的低俗、大转矩;二是能保证传动精度。
对齿轮传动装置的总体要求是传动精度高、稳定性好、灵明度高、响应速度快。对于开环伺服系统,传动误差将直接影响工作精度,因此要进可能缩短传动链的长度,消除传动间隙,以提高传动精度和传动刚度。
机械传动部件的选择
1)减速传动机构的设计普通的三相异步电动机因转速太快,不能直接驱动机身进行转动,必须经过适当的减速装置减速。根据机械手机身的结构特点,采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向,获得较大的传动比,保证传动精度和平稳性,并且具有自锁功能,还可以实现整个装置的小型化。一对圆柱减速齿轮来再次进行减速作用,因为只需要传递转速所以采用直齿轮。
2)机身精定位机构的设计其定位的精度将直接影响机械手的移动精度。本设计机身的锁紧与定位机构选用端面齿盘。当机身处于紧缩状态时,上下端面齿相互啮合。
3) 伺服电机的选用要达到不到本设计任务要求的精度,不必采用高档次的伺服电机,如交流伺服电机、直流伺服电机,为降低成本,提高性价比,可选用性能比较好的步进电动机,如混合式步进电动机。
4) 检测装置的选用选用混合式步进电动机作为伺服电动机,可选择开环控制,也可选择闭环控制,未满足任务要求和确保电动机在运转过程中不受电网影响而失步,能实现误差补偿,选用半闭环控制,在电动机尾部的转轴上安装增量式编码器,用来检测电动的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。
控制系统的设计
1)设计的回转机身,其控制系统有单坐标定位功能,所以控制系统应选用连续控制型。
2)步进电动机的半闭环控制,选用PLC单片机作为控制系统CPU,应该能够满足任务要求。
3)选择合适的电源,与步进电动机配套使用。
三机械传动部件的计算与选型
蜗杆副的设计计算
机械手机身的动力源是三相异步电动机,其中蜗杆与电动机直联,已知电动机额定功率P1=90W,额定转速n1=1440r/min,蜗轮转速n2=30r/min,则涡轮副的传动比i=1440/30=48,蜗杆工作载荷不均匀,启动时冲击较大,今要求蜗杆副的使用寿命=10000h。
(1)蜗杆的选型笨设计采用结构简单、制造方便的渐开线型圆柱蜗杆(ZI型)。
(2)蜗杆副的材料蜗杆副传递的功率不大,但蜗杆转速较高,因此,蜗杆的材料选用45钢,其螺旋齿面要求沾火,硬度为45~55HRC,一提高表面耐磨性;蜗轮的转速较低,其材料主要考虑耐磨性,选用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,采用金属模铸造。
(3)按齿面接触疲劳强度进行设计蜗杆副采用闭式传动,多因齿面胶合或点蚀而失效。因此,在进行承载能力计算时,先按齿面解除疲劳强度进行设计,再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
按蜗轮解除疲劳强度条件设计计算的公式为:

式中----蜗杆副的传动中心距,单位为mm;
K-----载荷系数;
----Z作用在蜗轮上的转矩,单位为* mm;
----弹性影响系数,单位为MPa;
----接触系数;